Concentración molar

La "molaridad" vuelve a dirigir aquí. No debe confundirse con Molalidad o Moralidad .

Para la tira cómica, vea Molarity (tira cómica) .

La concentración molar (también llamada molaridad , concentración de cantidad o concentración de sustancia ) es una medida de la concentración de una especie química , en particular de un soluto en una solución , en términos de cantidad de sustancia por unidad de volumen de solución. En química , la unidad de molaridad más comúnmente utilizada es el número de moles por litro , que tiene el símbolo de la unidad mol / L o mol ⋅ dm ⁻³en unidad SI. Una solución con una concentración de 1 mol / L se dice que es 1 molar, comúnmente designado como 1 M. Para evitar confusiones con el prefijo SI mega , que tiene la misma abreviatura, las minúsculas ᴍ o la M en cursiva también se usan en revistas y libros de texto. . ^[1]

Definición

La concentración molar o la molaridad se expresa más comúnmente en unidades de moles de soluto por litro de solución . ^[2] Para su uso en aplicaciones más amplias, se define como la cantidad de sustancia de soluto por unidad de volumen de solución, o por unidad de volumen disponible para la especie, representada por c minúscula : ^[3]

${\displaystyle c={\frac {n}{V}}={\frac {N}{N_{\rm {A}}\,V}}={\frac {C}{N_{\rm {A}}}}.}$

Aquí, n es la cantidad de soluto en moles, ^[4] N es el número de partículas constituyentes presentes en el volumen V (en litros) de la solución y N _A es la constante de Avogadro , desde el 24 de enero de 2021 definida exactamente como6.022 140 76 × 10 ²³  mol ^-1 . La relación N / V es la densidad del número C .

En termodinámica, el uso de concentración molar a menudo no es conveniente porque el volumen de la mayoría de las soluciones depende ligeramente de la temperatura debido a la expansión térmica . Este problema generalmente se resuelve mediante la introducción de factores de corrección de temperatura o mediante el uso de una medida de concentración independiente de la temperatura, como la molalidad . ^[4]

La cantidad recíproca representa la dilución (volumen) que puede aparecer en la ley de dilución de Ostwald .

Formalidad o concentración analítica

Si una entidad molecular se disocia en solución, la concentración se refiere a la fórmula química original en solución, la concentración molar a veces se llama concentración formal o formalidad ( F _A ) o concentración analítica ( c _A ). Por ejemplo, si una solución de carbonato de sodio (Na ₂ CO ₃ ) tiene una concentración formal de c (Na ₂ CO ₃ ) = 1 mol / L, las concentraciones molares son c (Na ⁺ ) = 2 mol / L yc (CO²⁻
₃) = 1 mol / L porque la sal se disocia en estos iones.

Unidades

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad coherente para la concentración molar es mol / m ³ . Sin embargo, esto es un inconveniente para la mayoría de fines de laboratorio y más literatura química utiliza tradicionalmente mol / dm ³ , que es el mismo que mol / L . Esta unidad tradicional a menudo se denota con la letra M, opcionalmente precedida por un prefijo SI según sea necesario para denotar submúltiplos, por ejemplo:

mol / m ³ = 10 ⁻³ mol / dm ³ = 10 ⁻³ mol / L = 10 ⁻³  M = 1 mmol / L = 1 mM.

Las unidades milimolar y micromolar se refieren a mM y μM ( ^10-3  mol / L y ^10-6  mol / L ), respectivamente.

Nombre	Abreviatura	Concentración
		(prostituta)	(mol / m 3 )
milimolar	mM	10 −3	10 0
micromolar	μM	10 −6	10 −3
nanomolar	Nuevo Méjico	10 −9	10 −6
picomolar	pm	10 -12	10 −9
femtomolar	fM	10 -15	10 -12
attomolar	soy	10 −18	10 -15
zeptomolar	zM	10 −21	10 −18
yoctomolar	yM [5]	10 -24 (6 partículas por 10 L)	10 −21

Cantidades relacionadas

Concentración numérica

La conversión a concentración numérica viene dada por${\displaystyle C_{i}}$

${\displaystyle C_{i}=c_{i}N_{\text{A}},}$

donde es la constante de Avogadro .${\displaystyle N_{\text{A}}}$

Concentración de masa

La conversión a concentración de masa viene dada por${\displaystyle \rho _{i}}$

${\displaystyle \rho _{i}=c_{i}M_{i},}$

donde es la masa molar del constituyente .${\displaystyle M_{i}}$${\displaystyle i}$

Fracción molar

La conversión a fracción molar viene dada por${\displaystyle x_{i}}$

${\displaystyle x_{i}=c_{i}{\frac {\overline {M}}{\rho }},}$

donde es la masa molar promedio de la solución, es la densidad de la solución.${\displaystyle {\overline {M}}}$${\displaystyle \rho }$

Se puede obtener una relación más simple considerando la concentración molar total, es decir, la suma de las concentraciones molares de todos los componentes de la mezcla:

${\displaystyle x_{i}={\frac {c_{i}}{c}}={\frac {c_{i}}{\sum _{j}c_{j}}}.}$

Fracción de masa

La conversión a fracción de masa está dada por${\displaystyle w_{i}}$

${\displaystyle w_{i}=c_{i}{\frac {M_{i}}{\rho }}.}$

Molalidad

Para mezclas binarias, la conversión a molalidad es${\displaystyle b_{2}}$

${\displaystyle b_{2}={\frac {c_{2}}{\rho -c_{1}M_{1}}},}$

donde al solvente se le asigna el subíndice 1, y al soluto se le asigna el subíndice 2.

Para soluciones con más de un soluto, la conversión es

${\displaystyle b_{i}={\frac {c_{i}}{\rho _{i}}}={\frac {c_{i}}{\rho -\sum _{j\neq i}c_{j}M_{j}}}.}$

Propiedades

Suma de concentraciones molares - normalización de relaciones

La suma de las concentraciones molares da la concentración molar total, es decir, la densidad de la mezcla dividida por la masa molar de la mezcla o por otro nombre el recíproco del volumen molar de la mezcla. En una solución iónica, la fuerza iónica es proporcional a la suma de la concentración molar de sales.

Suma de productos de concentraciones molares y volúmenes molares parciales

La suma de productos entre estas cantidades es igual a uno:

${\displaystyle \sum _{i}c_{i}{\overline {V_{i}}}=1.}$

Dependencia del volumen

La concentración molar depende de la variación del volumen de la solución debido principalmente a la expansión térmica. En pequeños intervalos de temperatura, la dependencia es

${\displaystyle c_{i}={\frac {c_{i,T_{0}}}{1+\alpha \Delta T}},}$

donde es la concentración molar a una temperatura de referencia, es el coeficiente de expansión térmica de la mezcla.${\displaystyle c_{i,T_{0}}}$${\displaystyle \alpha }$

Ejemplos

• Se disuelven 11,6 g de NaCl en 100 g de agua. La concentración de masa final ρ (NaCl) es

  ρ (NaCl) =11,6 g/11,6 g + 100 g = 0,104 g / g = 10,4%.

  La densidad de tal solución es 1.07 g / mL, por lo que su volumen es

  V = 11,6 g + 100 g/1,07 g / ml = 104,3 ml.

  Por tanto, la concentración molar de NaCl en la solución es

  c (NaCl) =11,6 g/58 g / mol / 104,3 ml = 0,00192 mol / ml = 1,92 mol / L.

  Aquí, 58 g / mol es la masa molar de NaCl.
• Una tarea típica en química es la preparación de 100 ml (= 0,1 L) de una solución de NaCl en agua a 2 mol / L. La masa de sal necesaria es

  m (NaCl) = 2 mol / L × 0.1 L × 58 g / mol = 11.6 g.

  Para crear la solución, se colocan 11,6 g de NaCl en un matraz aforado , se disuelven en un poco de agua y luego se agrega más agua hasta que el volumen total alcanza los 100 mL.
• La densidad del agua es de aproximadamente 1000 g / L y su masa molar es 18.02 g / mol (o 1 / 18.02 = 0.055 mol / g). Por lo tanto, la concentración molar de agua es

  c (H ₂ O) =1000 g / L/18,02 g / mol ≈ 55,5 mol / L.

  Asimismo, la concentración de hidrógeno sólido (masa molar = 2.02 g / mol) es

  c (H ₂ ) =88 g / L/2,02 g / mol = 43,7 mol / L.

  La concentración de tetróxido de osmio puro (masa molar = 254,23 g / mol) es

  c (OsO ₄ ) =5,1 kg / L/254,23 g / mol = 20,1 mol / L.

• Una proteína típica en bacterias , como E. coli , puede tener alrededor de 60 copias, y el volumen de una bacteria es alrededor de ^10-15  L. Por lo tanto, la concentración numérica C es
  C = 60 / ( ^10-15 L) = 6 × 10 ¹⁶ L ^-1 .
  La concentración molar es

  c =C/N _A = 6 × 10 ¹⁶ L ⁻¹/6 × 10 ²³ mol ⁻¹= 10 ⁻⁷ mol / L = 100 nmol / L.

• Rangos de referencia para análisis de sangre , ordenados por concentración molar:

Ver también

• Órdenes de magnitud (concentración molar)

Referencias

1. "Tipografía de símbolos de unidad para Molar y Litro en siunitx" . TeX - Intercambio de pila LaTeX .
2. Tro, Nivaldo J. Introductory chemistry essentials (Quinta ed.). Bostón. pag. 457. ISBN 9780321919052. OCLC  857356651 .
3. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " concentración de cantidad, c ". doi : 10.1351 / goldbook.A00295
4. Kaufman, Myron (2002). Principios de termodinámica . Prensa CRC. pag. 213. ISBN 0-8247-0692-7.
5. David Bradley. "¿Qué tan bajo puedes ir? La Y a la Y" .

Enlaces externos

• Calculadora de concentración de solución molar
• Experimento para determinar la concentración molar de vinagre por titulación